CN201597430U - 机动车并联式混合动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种机动车并联式混合动力驱动系统，用于简化系统结构，提高可靠性。其技术方案是：它包括同轴布置的发动机、自动离合器、电机、机械离合器和变速器，所述电机位于发动机与变速器之间，其定子壳体与发动机缸体固定连接，发动机动力经自动离合器和与电机转子固连的发动机动力输出轴，再经机械离合器驱动变速器的输入轴，所述变速器输出的转矩经主减速器及差速器传递给车轮。本实用新型的发动机和电动机采用同轴布置，具有结构紧凑、占用空间小的显著优点，有利于整个系统在整车上的布置，制造成本也较低。同时，这种结构还有效降低了系统的复杂程度，提高了系统的可靠性，且便于拆装和维修。

Description

机动车并联式混合动力驱动系统

技术领域

本实用新型涉及一种汽车用发动机、电动机混合动力驱动系统，属车辆驱动装置技术领域。

背景技术

目前，汽车已逐步成为人们出行的主要交通工具，随着汽车数量的不断增加，能源消耗和环境污染成为阻碍汽车业发展的主要因素。由发动机和电动机共同驱动的混合动力汽车由于具有节能效果显著和低排放等优点，越来越受到人们的重视。在现有的混合动力汽车中，电机一般独立安装，机电耦合一般采用行星齿轮结构，其缺点是结构复杂，占用空间大，故障率高，维修不便，而且成本较高，因此有必要进行改进。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种结构简单、体积小、成本低而且可靠性高的机动车并联式混合动力驱动系统。

本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：

一种机动车并联式混合动力驱动系统，构成中包括同轴布置的发动机、自动离合器、电机、机械离合器和变速器，所述电机位于发动机与变速器之间，其定子壳体与发动机缸体固定连接，发动机动力经自动离合器和与电机转子固连的发动机动力输出轴，再经机械离合器驱动变速器的输入轴，所述变速器输出的转矩经主减速器及差速器传递给车轮。

上述机动车并联式混合动力驱动系统，所述电机为盘式电动机。

上述机动车并联式混合动力驱动系统，所述自动离合器位于发动机与电机之间，所述机械离合器位于电机和变速器之间，自动离合器的主动盘与发动机飞轮相连，从动盘与发动机动力输出轴和电机转子连接，电机的转子经机械离合器与变速器的输入轴连接。

上述机动车并联式混合动力驱动系统，所述的发动机动力输出轴直接与电机的转子连接成一体后，再经机械离合器与变速器的输入轴连接。

上述机动车并联式混合动力驱动系统，所述自动离合器和机械离合器均为干式摩擦式离合器。

本实用新型的发动机和电动机采用同轴布置，具有结构简单紧凑、占用空间小，有利于整个系统在整车上的布置；使用常规车现有成熟产品，可靠性高、成本低的显著优点。同时，上述机动车并联式混合动力驱动系统有效降低了系统的复杂程度，采用常规车现有成熟产品，不仅提高了系统的可靠性，还便于拆装和维修，使整车维修维护成本降低。

将自动离合器和机械离合器均布置在电机和变速器之间时，从发动机到变速器方向，依次布置发动机、发动机动力输出轴、电机、自动离合器、机械离合器、变速器等，其中，发动机动力输出轴一端与发动机曲轴固连，另一端与自动离合器相连。自动离合器，机械离合器与电机转子连接在一起，机械离合器与变速器连接，输出整车动力。改进后该系统结构体积上更加紧凑，对于整个混合动力动力总成的整车布置更加有利。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1是自动离合器位于发动机与电机之间时本实用新型的结构示意图；

图2是自动离合器位于发动机与电机之间时本实用新型的剖视示意图；

图3是发动机的输出轴直接与电机的转子连接时本实用新型的剖视示意图。

图中各标号为：1、发动机，2、发动机飞轮，3、自动离合器，4、盘式电机，5、定子线圈，6、电机转子，7、机械离合器，8、手动变速器，9、主减速器及差速器，10、车轮，11、动力电池组，12、电池管理系统，13、电机控制器，14、起动机，15、自动离合器控制器，16、整车主控制器，17、发动机ECU。

具体实施方式

本实用新型机械部分包括发动机1、自动离合器3、盘式电机4、机械离合器7、变速器8、主减速器及差速器9、车轮10、起动机14等主要零部件，整个系统中有自动离合器3和机械离合器7共两个离合器系统，故称双离合器混合动力驱动系统，整个系统呈同轴布置。

本实用新型电气部分零部件包括动力电池组11、电池管理系统12、电机控制器13、自动离合器控制器15、整车主控制器16、发动机ECU17等。

本实用新型所述整车主控制器负责对混合动力驱动系统的各个环节进行管理、协调，实现整个系统各种工作模式的控制，并协调各零部件的工作；电机控制器负责ISG电机的控制；动力电池组由若干个动力电池单体组成，为盘式机提供电能，驱动整车行驶，电池管理系统负责对动力电池组的充放电进行控制，并负责动力电池组的电量检测、故障诊断及单体均衡等；自动离合器控制器负责自动离合器液压操纵机构的控制，即依据整车主控制器的指令，对离合器的分离、接合及滑摩状态等进行控制；发动机ECU负责对发动机的工作状态、故障等进行管理与控制。

通过控制自动离合器3的分离与闭合，发动机1的起动与关闭，以及盘式电机4的发电、空转与驱动，从而实现发动机1与盘式电机4动力传输路径的转换，以达到在满足整车需求的情况下，最优化系统工作效率的目的。通过不同的工作模式切换和动力路径的转变，可以将整个系统始终工作在高效率区域。尤其是发动机，不但可以消除怠速运转，更可以对其工作区域进行优化，使其一直工作在高效率区域内。同时，因为盘式电机4的加入，可以有效减小发动机的大小(排量、功率等)，从而更进一步的降低油耗。在保证动力性相同的情况下，该种系统与常规系统相比较可以实现燃油节省达25％以上。

自动离合器3与机械离合器7均采用干式摩擦片式离合器，此种离合器具有传递转矩平稳，传递效率高，成本低，可靠性高等优点，并且该离合器在整车上布置方便，有利于离合器的维修和拆装。

本实用新型所用电机为永磁无刷式盘式电机。

本实用新型的盘式电机4可以布置在发动机1与电控离合器3之间，与发动机固定连接，也可以布置在两个离合器之间。

参看图1，发动机飞轮2与自动离合器3的离合器盖总成相连，自动离合器3的从动盘与发动机动力输出轴(图1中未明确指出)相连，发动机动力输出轴与电机转子6、机械离合器7的离合器盖总成连接。因此，发动机的动力传递路线为：发动机动力从发动机飞轮2通过自动离合器3的离合器盖总成，传递到自动离合器3的从动盘总成，再通过发动机动力输出轴、电机转子6和机械离合器7的从动盘，进而通过手动变速器8传递给车轮，同时发动机的动力也可以通过发动机动力输出轴传递给电机转子6，从而实现发动机1驱动盘式电机4发电。电机动力传递路线为：盘式电机4的转矩或功率通过转子6，传递到机械离合器7的离合器盖总成，再经机械离合器盖传递到机械离合器7的从动盘总成，最后经变速器输出动力到传动轴和车轮10。

自动离合器3可以长时间闭合，亦可以长时间分离。自动离合器3通过一套专用操纵机构实现分离和接合的自动控制。

机械离合器7为常接合式离合器，其液压操纵机构与常规车相同，由驾驶员通过离合器踏板控制其接合与分离。

盘式电机4的定子壳体与发动机缸体相连，固定在发动机与变速器壳体之间，或与变速器壳体集成一体化，并且保持动力传输中心线在一条直线上，这样可以有效节省动力总成在汽车上的布置空间，并有利于提高零部件的可靠性。

本实用新型可实现以下七种工作模式：

(1)纯电动模式

在这种模式下，发动机1不工作，自动离合器3处于分离状态。此时机械离合器7处于接合状态，盘式电机4处于电动模式。此时，混合动力驱动系统能量流动路径为：动力电池组11→电机控制器13→盘式电机4→机械离合器7→手动变速器8→主减速器及差速器9→车轮10。

该模式可以避免发动机在低速、燃油经济性差的条件下运行，很大程度上降低汽车燃油消耗，减少尾气排放。动力电池组由若干个功率型锂离子动力电池单体组成，可以维持汽车以纯电动模式运行，并允许整车以一定的速度运行较长的距离，达到一定的最高车速。另外，该动力电池组可利用公共电网进行充电。以使整车使用中尽可能多地使用电能，使整车更加清洁，燃油消耗更低，并大幅降低整车运行成本。

(2)起动发动机模式

当汽车在纯电动模式时，如果需要起动发动机1，则由整车主控制器发送指令，起动机14直接带动发动机1起动，发动机1起动后，由整车主控制器16依据盘式电机4的转速和车速等信息，发送指令给发动机ECU17，由发动机ECU17控制发动机加速，直到发动机1转速与盘式电机4转速差到设定范围内，发动机起动过程结束。整个过程中，自动离合器3始终处于分离状态。

(3)加速助力模式

当车辆加速时，如果需要盘式电机4助力，则整车在驱动同时，运行起动发动机模式，而后由整车主控制器发送指令，使自动离合器3闭合。此时系统的动力传递路径分为两部分，第一部分：发动机1→自动离合器3→发动机动力输出轴；第二部分：盘式电机4→电机转子6；两部分动力合成后，传递给机械离合器7→手动变速器8→主减速器及差速器9→车轮10。盘式电机4的作用是优化发动机的工作区域和加速助力，使整车发挥出充沛的动力性能，并使发动机始终工作在高效区，从而降低油耗和排放，并提高整车动力性。整个助力过程中自动离合器3始终处于接合状态。

(4)高速巡航发电模式

车辆高速巡航模式行驶时，若动力电池组SOC到达设定的下限值，需要充电，则发动机1的转矩除用于驱动车辆外，还驱动盘式电机4，使盘式电机4处于发电状态，为动力电池组充电。整个过程中自动离合器3都处于接合状态。此时，混合动力驱动系统的动力传输路径为：发动机1→自动离合器3→发动机动力输出轴，到盘式电机4后动力传递分为两部分，第一部分通过机械离合器7→手动变速器8→主减速器及差速器9→车轮10，驱动车辆行驶；第二部分传递到盘式电机4，经盘式电机4转换成电能后，储存到动力电池组中，以备纯电动行驶和加速助力模式时使用。

(5)滑行和制动模式

当车辆具有一定初速度后，驾驶员松开油门踏板，此时车辆进入滑行模式。整车主控制器16控制自动离合器3分离，发动机1停机。此时，盘式电机4进入发电模式进行能量回收；需要继续减速，驾驶员踩下制动踏板，盘式电机4发电同时制动系统开始工作，直至车辆完全停止。整个过程中，发动机1转速降为零后保持停止，自动离合器3始终处于分离状态。此时，混合动力驱动系统的能量传递路径为；车轮10→主减速器及差速器9→手动变速器8→机械离合器7→盘式电机4→电机控制器13→动力电池组11。

(6)怠速充电模式

当车辆停止时，如果整车控制器判断动力电池组剩余电量不足以用纯电动模式使车辆起步时，将自动进入怠速充电模式。此时，车辆速度为零，发动机1运转带动盘式电机4进入发电模式，此时自动离合器3处于接合状态。此时，能量传递路径为：发动机1→自动离合器3→发动机动力输出轴→盘式电机4→电机控制器13→动力电池组11。

(7)电网充电模式

当汽车停在停车场或充电站时，若动力电池组中电量较低，驾驶员可以使用电网电能，通过车载充电机对动力电池组进行充电。该充电模式可以分为快速充电与普通充电两种模式。驾驶员可以根据实际情况选择合适的充电方式。一般快速充电仅需要10分钟即可充满动力电池组电量的80％，普通充电约4到7小时充满。这种模式可以最大限度地延长车辆使用电能行驶的里程，不但可以提高整车能量利用效率，更可以大幅减少汽车运行成本和环境污染。同时，若有效利用夜间电能进行充电，还可以改善夜间电能过剩问题及均衡电网负载。

本实用新型所述混合动力驱动系统改善后的系统工作模式同上述7种工作模式，只是零部件的具体结构和动力传输稍有不同。

Claims (5)

1.一种机动车并联式混合动力驱动系统，其特征是，构成中包括同轴布置的发动机(1)、自动离合器(3)、电机(4)、机械离合器(7)和变速器(8)，所述电机(4)位于发动机(1)与变速器(8)之间，其定子壳体与发动机缸体固定连接，发动机动力经自动离合器(3)和与电机转子固连的发动机动力输出轴，再经机械离合器(7)驱动变速器(8)的输入轴，所述变速器(8)输出的转矩经主减速器及差速器(9)传递给车轮(10)。

2.根据权利要求1所述机动车并联式混合动力驱动系统，其特征是，所述电机(4)为盘式电机。

3.根据权利要求1或2所述机动车并联式混合动力驱动系统，其特征是，所述自动离合器(3)位于发动机(1)与电机(4)之间，所述机械离合器(7)位于电机(4)和变速器(8)之间，自动离合器(3)的主动盘与发动机飞轮相连，从动盘与发动机动力输出轴和电机转子(6)连接，电机转子(6)经机械离合器(7)与变速器(8)的输入轴连接。

4.根据权利要求1或2所述机动车并联式混合动力驱动系统，其特征是，所述发动机(1)动力输出轴直接与电机转子(6)连接成一体后，再经机械离合器(7)与变速器(8)的输入轴连接。

5.根据权利要求4所述机动车并联式混合动力驱动系统，其特征是，所述自动离合器(3)和机械离合器(7)均为干式摩擦式离合器。

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